8-1 各種環境下的光強度變化程度
米燭光是根據我們的眼睛感覺的測量光單位。此為顯示表面發亮 或光亮度的強度。米燭光儀表是用於量測 '米燭光' 的設備。一些典 型的米燭光數據顯示於表8-1。
表8-1 各種環境下的光強度變化程度[17]。
8-2 資料庫建立
8-2-1 光二極體 (Photodiode)：
圖8-2-1 概略說明所建立的資料庫參數。
如圖 8-2-1 所示，為所建立的資料庫參數名稱及說明如下表所示：
表8-2-1 說明資料庫參數建立的架構。
Simulation Tool for Photodiode, Base=Anode (p), Collector=Cathode (n) Symbol Units Name
Ln cm Electron diffusion length in the base layer (=sqrt(Dn*Taon)) 基極層中電子擴散長度
Lp cm Hole diffusion length in the collector layer (=sqrt(Dp*Taop)) 集極層中電洞擴散長度
Dn cm^2/s Electron diffusion constant in the base layer (=un*K*T/e) 基極層中電子擴散常數
Dp cm^2/s Hole diffusion constant in the collector layer (=up*K*T/e) 集極層中電洞擴散常數
Sb cm/s Base (P-type) surface recombination velocity 基極(P-type)表面復合速度
Sc cm/s Collector (N-type) surface recombination velocity 集極(N-type)表面復合速度
wb cm Base (p/n) junction depth 基極(p/n)接合深度 wc cm Bulk depth (Collector depth)
大量的深度(集極深度)
利用章節 2-3-2 內容提及之公式 2.3.11、2.3.15、2.3.16 與 2.3.17，建立參數後並代入數值，如表 3-2 所示，完成光二極體的資 料庫建立並得出其響應光譜。若我們嘗試改變各個參數數值，亦可得 到不同之光二極體的響應光譜。
8-2-2 紅外線截止(infrared-cutoff, IRC)光學鍍膜[18]：
利用 TFCalc 薄膜設計軟體，設定改變不同的透光率、濾光膜厚 度等參數，以得到紅外線截止光學鍍膜之光譜。
存儲在光源資料庫內的光源是以波長對光強的方式給出的。入射 角度可以從0 度到 89.999 度。基底和基底內部、外部的介質材料可 在基底資料庫中選擇。基底可以被看作是一大厚度層，它的厚度可以 單獨指定。注意的是基底可以是比如說空氣之類的物質。基底和出射 介質都有可能是吸收介質。前層膜與後層膜之間的材料是從材料庫中 選擇的或者從可變材料庫中選取的。現在的膜層極限是5000 層。基 底和材料的光學屬性被存儲在表格或反映反射率對波長關係的離散 公式裡。
圖8-2-2 TFCalc 程式之物理系統模型[18]。
圖 8-2-3 為環境參數視窗，圖中右側由上至下分別說明為參考波 長、中間介質、光源、入射角、基底、厚度、出射介質、探測器、第 一面。
圖8-2-3 TFCalc 程式之環境參數視窗[18]。
Stack Formula(膜堆方程式)--此項為用公式輸入一個膜堆。公式 最長可由32000 個字元組成，最多可以包括由 26 個單個字母組成的 標識。就像上面所述的"L" 和 "H"。使用"<<" 和 ">>"按鈕增加更多 的標識。注意基底在緊靠第一層膜的左邊。
8-2-4 膜堆方程式之對話視窗[18]。
Layers - Front /Back (前/後-表面膜層)--顯示基底前/後-表面膜 層，基底兩側最多可各有 5000 層膜。有兩個膜層窗口：前-表面視窗 和後-表面視窗。這些視窗顯示組成膜系的膜層資訊。
圖8-2-5 說明前-表面膜層資料視窗[18]。
Show Plot(顯示圖表)--顯示 (1)折射率、透過率、吸收率、PSI、
密度或損失或 (2)反射或投射中的相移。
圖8-2-6 得到所設計之紅外線截止光學鍍膜光譜圖[18]。
8-3 皮耳森相關係數[19]
傳回皮耳森積差相關係數 r ，此係數為從 -1.0 到 1.0 的無方 向性的係數，用以反應出兩個資料組之間線性關係的程度。
語法 PEARSON(array1,array2) Array1 是一組自變數。
Array2 是一組因變數。
註解
• 引數必須是數值，或是含有數值的名稱、陣列或參照位址。
• 如果陣列或參照引數包含文字、邏輯值或空白儲存格，則忽略 這些數值；但包含零值儲存格。
• 如果 array1 和 array2 是空值，或是資料點的數目不同，則 PEARSON 傳回錯誤值 #N/A。
• 皮耳森相關係數的方程式 r 是：
( )( ) ( ) ( ) x x x x
2y y y y
2r
− Σ
− Σ
−
−
= Σ
其中，
x
及y
為樣本平均數AVERAGE(array1)及 AVERAGE(array2)8-4 The 1931 & 1976 CIE Chromaticity Diagram
圖8-4-1 The 1931 CIE Chromaticity Diagram[20].
圖8-4-2 The 1976 CIE Chromaticity Diagram[21].
8-5 樺晶科技股份有限公司(Integrated Crystal Technology
Incorporation) 製作之環境光感測 IC 數據表
[22]AS3021-100
Ambient Light Sensor IC
■ General Description
AS3021 photo IC, consisting of a photodiode and a current amplification IC, is a cost effective solution to the power saving of display backlighting of mobile appliances, such as the mobile phones and PDAs. Due to the high rejection ratio of infrared radiation, the spectral response of the ambient light sensor is close to that of human eyes.
■ Features
• Close to the human eye's response
• Good output linearity across wide illumination range
• Low sensitivity variation across various light sources
• Guaranteed temperature performance, -30°C to 85°C
• Wide supply voltage range, 2.7V to 5.5V
• Chip size : 1.152mm × 0.792mm = 0.912mm2
■ Applications
• Detection of ambient light to control display backlighting Mobile devices - mobile phones, PDAs
Computing devices - TFT LCD monitor for notebook computer
Consumer devices - TFT LCD TV, plasma TV, video camera, digital still camera
• Automatic residential and commercial lighting management
• Automatic contrast enhancement for electronic signboard
• Ambient light monitoring device for daylight and artificial light
CA VCC
GND
OUT
■ Pad Descriptions
Pad Name I/O Function
VCC Power Power supply terminal
OUT Output Output terminal of the amplified photocurrent
GND Power Ground terminal
■ Absolute Maximum Ratings (Ta=25°C)
For implementations where case to ambient thermal resistance is < 50°C/W
Parameter Symbol Min. Max. Units
Storage Temperature TS -40 100 °C
Operating Temperature TA -30 85 °C
Supply Voltage VCC -0.7 7 V
Output Current IPH 5 mA
Output Voltage VOUT 0 VCC V
Electrostatic Discharge, HBM 8 KV
■ Recommended Operating Conditions (Ta=25°C)
Parameter Symbol Min. Max. Units
Operating Temperature TA -30 85 °C
Supply Voltage VCC 2.7 5.5 V
Output Photo Current IPH 0 5 mA
Output Voltage VOUT 0 VCC-0.8 V
GND
AS3021
OUT White
LED
Pulse Current IF VCC
RLOAD
■ Electrical and Optical Characteristics (Ta=25°C, Vcc=3.0V, bare chip)
Parameter Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units Current Consumption Icc About 1.2 times of IPH
Light Current IPH1 VCC=3.0V, Ev=10Lx [2] [4] - 10 13.5 µA Light Current IPH2 VCC=3.0V, Ev=100Lx [2] [4] 65 100 135 µA Light Current IPH3 VCC=3.0V, Ev=100Lx [1] [4] 78 120 162 µA
Dark Current I_DARK VCC=3.0V, Ev=0Lx - - 0.1 µA
Photocurrent Ratio IPH3 / IPH2 - - 1.2 1.4 —
Saturation Output Voltage VOUT VCC=3.0V, Ev=100Lx,
RLOAD=75KΩ [3] 2.2 2.35 - V
Temperature Coefficient TC T=-20°C ~ 80°C,
Ev=100Lx [2] - 2.4 - %/°C
Power Supply Rejection
Ratio PSRR Vcc=2.5 ~ 6.5V, Ev=100Lx [2]
- 10 - %/V
Rise Time tr - 75 - µs
Fall Time tf - 200 - µs
Delay Time td - 150 - µs
Switching Time
Storage Time ts
Vcc=3V, RLOAD=5KΩ [5]
- 65 - µs Note
1. Illuminance by CIE standard illuminant-A / 2856K, incandescent lamp.
2. Fluorescent light is used as light source. White LED is substituted in mass production.
3. White LED is used as light source.
4. The actual photocurrent depends on the package and optical designs.
5. Switching time measurement method
IF
tf GND
td ts tr
90%
10%
VOUT
1.5V
Output Current v.s. Illuminance
0.1 1 10 100 1000 10000
0.1 1 10 100 1000 10000
Illuminance [ Lux ]
Ouput Current [uA ]
Incandescent Light Fluoresent Light
Dark Current v.s. Temperature
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10
20 30 40 50 60 70 80
Ambient Temperature (deg C)
Dark Current ( uA )
Photocurrent v.s. Ambient Temperature
80%
90%
100%
110%
120%
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Ambient Temperature [degree C ]
Relative Photocurrent
Ev=100Lx / fluorescent Vcc=3.0V
Photocurrent v.s. Vcc
80%
90%
100%
110%
120%
130%
140%
150%
2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
VCC [ Volt ]
Relative Photocurrent
Ev=100Lx, fluorescent
Spectral Response of ALS3021 w/Epoxy Encapsulation
0 20 40 60 80 100 120
350 450 550 650 750 850 950 1050
Wavelength [nm ]
Relative Response ( % )
ALS3021
Photopic Efficiency
■ Physical Dimensions of AS3021-100 Chip
• Thickness: 150um
• Photosensitive area: 350um x 350um, positioned at the geometrical center of the IC chip.
• Die size: 792um x 1152um, including 50um scribe-width.
• Pad size: 90um x 90um
All dimensions are in um.
■ Converting Photocurrent to Voltage
• The output voltage (VOUT) is the product of photocurrent (IPH) and loading resistor (RL).
• A right loading resistor should be chosen to meet the requirement of maximum ambient light, and the output saturation voltage:
VOUT(max.) = IOUT(max.) × RL < Vout(saturation) = VCC － 0.8V
• To avoid 60Hz ripple from fluorescent lamps, we suggest that the time constant must be greater than 0.5 second: RL x CL > 0.5 (empirical data)
■ Light window Design for AS3021 2.0
2.0
1.0
1.0
1.5 0.5
3.0
Active Area of ALS All dimensions are in mm.
Note:
• Material: transparent plastic, polycarbonate (PC), refractive index=1.587
• Surface finish: diffusing (hazing 霧化) the top layer to reduce the directionality.
• Except the top layer, the surface finish of the plastic must be smooth, without any texture (咬花).
• Optical power attenuation: about 50% due to diffusing on the top layer.
• Directionality: view angle > ±50°, @ 50% intensity attenuation
• Numeric aperture at the bottom layer of the light pipe: 39°
• Mechanical tolerance of positioning the ALS: ±0.25mm off the optical axis.
CA VCC
GND
RL CL
AS3021
Iph OUT
To ADC
參考文獻
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